1、摘 要 该毕业设计介绍了可编程序控制器（PLC）和 PLC 控制系统的基本知识， 包括 PLC 的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及 PLC 控制系统等相关知识。可编程控制器是以计算机技术为核心的通用自动化控 制装置，它的功能性强，可靠性高，编程简单，使用方便，体积小巧。采用 S7- 200 系列的 PLC，设计了相应的系统软件，结合相应的硬件系统，设计了一个简 单的全自动洗衣机控制系统，实现了洗衣机由进水，洗涤，排水，脱水，报警到 自动停机的循环过程。 全自动洗衣机通过了可编程序控制器来实现洗涤过程，满足了对洗衣机运行 的智能控制。此项设计对于提高学生的动手能力和帮助
2、学生对一些理论知识的理 解都具有积极的作用。 随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的 发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国内家电业 唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功 能上都和世界领先水平同步。所以，通过此次设计，我们对实现一流全自动洗衣 机有了具体的实践，相信全自动洗衣机将会有更广阔的市场前景。 关键词：可编程控制器；控制系统；高效节能。 Abstract This graduation design introduces the programmable logic controller （PLC ）
3、 and the basic knowledge of its control system, including the definition , characteristics, classifying, indicators ， the basic structure and working mechanism, hardware knowledge and the relevance to PLC control systems.PLC is a general automation control device which based on PLC core of computer.
4、 It has a compact sizewith a strong functionality , high reliability, simple programming ,which is easily used. The PLC ,which belong toMitsubishis ,designs a simple auomatic washing machine,with a combinition corresponding software and hardware system,so it successfully realizes a washing cycle in
5、water. The automatic washer,with the logical controlling successfully complete washing,which saves time and labour as well as improves the technology. This design plays anactivize role in improving students practicing and understanding of the theories concerned. With the development of economy as we
6、ll as improvement of science and technology ,it is trend to realize the full automation.Automatic washing machine of great convenience to peoples lives.In our country, only the washing machine has a stable price in the electrical home , after a few years of steady development , domestic the washing
7、machine with the advanced level of the world either in quality or function synchronize. Therefore, i believe that the design is embody more advantage about the full automatic washing machine. It must have a broad market . Key words：PLC，control system，which is energy-efficient 目 录 第 1 章 绪 论 1 1.1 本设计
8、的目的与意义和设计内容 1 1.1.1 本设计的目的与意义 .1 1.1.2 本设计的设计内容 .2 1.2 全自动洗衣机的应用现状 2 第 2 章 可编程控制器的概述 .4 2.1 可编程控制器的定义及分类 4 2.2 可编程控制器的结构及工作原理 4 2.3 可 编 程 控 制 器 的 主 要 技 术 指 标 .5 第 3 章 全 自 动 洗 衣 机 的 基 本 结 构 7 3.1 全自动洗衣机的工作系统 7 3.1.1 洗涤与脱水系统 .7 3.1.2 进水与排水系统 .7 3.2 全自动洗衣机的工作原理 8 第 4 章 全自动洗衣机的硬件设计 .10 4.1 全自动洗衣机控制系统的设备
9、要求 10 4.2 全 自 动 洗 衣 机 控 制 系 统 结 构 图 .11 4.3 PLC 的 机 型 选 择 11 4.4 全自动洗衣机控制系统的选型 .12 4.5 硬 件 设 计 13 第 5 章 系 统 程 序 设 计 及 常 见 的 故 障 与 检 修 .16 5.1 软 件 设 计 16 5.2 全 自 动 洗 衣 机 的 常 见 故 障 及 检 修 27 第 6 章 结论 .29 参考文献 .30 致 谢 .31 附 录 .32 第 1 章 绪 论 1.1 本设计的目的与意义和设计内容 1.1.1 本设计的目的与意义 本设计是全自动洗衣机通过可编程控制器的控制来实现工作的。以
10、便我们对 这种技术有更多的认识，在效率，耗电，耗水等方面也为研究提供了平台。该论 文就怎样利用 PLC 来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计 等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。 PLC 是专门应用手工业现场自动控制装置，在系统软硬件上采用抗干扰措施。 当工作程序需要改变时，只需改变 PLC 的内部，重新编程而无需对外围进行重新 改动。从这些方面突出了使用 PLC 控制全自动洗衣机的优越性。 PLC 控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形图使用 术语依然是“继电器”一类术语，大部分与继电器触头的连接相对应，使电控人 员一目了
11、然。PLC 控制使用简单，它的 I/O 口已经做好，输入输出信号可直接连 接，非常方便。而输出 具有一定驱动能力，其输出触头容易达 220V、2A。 本设计主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排 水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。控 制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间，调试周期，且要降低成本。 传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能 力强。但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制器都是长期磨损和疲 劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触电容易产生电弧，甚至会熔在 一起产生误操作，引起严重
12、的后果。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生 大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接 线、安装、如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装 和调试。这种电路线路多，只适用于小型的控制电路。 1.1.2 本设计的设计内容 说明部分：控制功能描述、相关检测的实现 计算部分：控制设备参数的选择计算 绘图部分：主接线图、程序流程图、梯形图 1.2 全自动洗衣机的应用现状 全自动洗衣机根据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机（也叫套桶式全自动 洗衣机） 、滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类。波轮式、滚筒式、 搅拌式全自动洗衣机分别占全球洗衣机市场
13、份额的 33%、52%和 15%。搅拌式洗衣 机目前还没有进入我国市场，以下仅对滚筒式和波轮式两种洗衣机进行讨论。 （1）滚筒式洗衣机 更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗 后的衣物柔软而蓬松； 提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的化学 反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍、血渍、降低灰尘、油 污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下（注：洗净比是国家对洗衣机的质量考 核中的一个基本指标） ，可大幅度降低洗涤过程对机械外力的需求；温度高有利 于污物在水中的扩散；高温能有效地杀死一些细菌； 加温洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，需
14、达到一定的洗净比，就必须有 足够的机械力，而机械力对衣物是有损伤的，这就注定了波轮式洗衣机的磨损率 大大高于滚筒式洗衣机。各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以缭乱的水流 减少衣物的缠绕，增大水流的冲刷力用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相 互之间的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损伤较小 （2）波轮式洗衣机 因为滚筒式机的价格大大高于波轮式机，所以波轮式机仍受到普遍欢迎。 关于水流：现在波轮式全自动洗衣机的宣传重点放在新水流上，如 LG 的拳 击棒、松下的双瀑布、荣事达的网络水流等，但正如上面水说到过的，各个厂家 是用不同的方法实现同一个目标，实现效果也差不多，所以不必太在意。 关于不绣钢内
15、桶：采用不绣钢内桶的目的是为了减小衣物和内桶壁的摩擦力， 从而减轻衣物的磨损，选购是应予以考虑。 关于同心洗：同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。 这样在洗涤，特别是脱水的时候洗衣桶震动减小，使噪声得以降低。但要说这样 会延长洗衣机的寿命是不正确的。 至于变频洗衣机，其一是可以对不同质地的衣物自动选用不同的电动机转速， 从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时，最大限度地 降低衣物的磨损。其二是可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶内分 布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀地分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心 落在轴心上，可以减小震动，降低噪声，这当然是
16、有好处的。缺点也是价格太贵。 现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了 更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作 有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，这么样？是不是看到的眼花缭乱， 将来的洗衣机会朝着使用方便、更加节能、更加个性化的方向发展。 第 2 章 可编程控制器的概述 2.1 可编程控制器的定义及分类 可编程控制器的定义 PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller） ，是指以计算机技 术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrica
17、l Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计 时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控 制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控 制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ” 可编程控制器的分类 （ 1） 小 型 PLC 连接开关量 I/O 模块、模拟量 I/O 模块以及其它各种特殊功能模块，能执行 包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数 字 输入/
18、输出点数在 128 点以下的 PLC 称为小型 PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联 网以及各种应用指令。 （2）中型 PLC 输入/输出点数在 128-512 点之间的 PLC 称为中型 PLC。它除了具有小型机所 能实现在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存 容量和更快的扫描速度。 （3）大型 PLC 输 入 /输 出 点 数 大 于 512 的 PLC 称 为 大 型 PLC。 它 具 有 强 大 的 软 件 硬 件 功 能 、 自 诊 断 功 能 、 通 信 联 网 功 能 ， 它 可 以 构 成 三 级 通 信 网 ， 实 现 工 厂
19、 生 产 管 理 自 动 化 。 另 外 大 型 PLC 还 可 以 采 用 三 CPU 构 成 表 决 式 系 统 ， 使 机 器 具 有 更 高 的 可 靠 性 。 2.2 可编程控制器的结构及工作原理 可编程控制器的结构 PLC 实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相 同。根据结构形式的不同，PLC 的基本结构分为整体式和模块式结构两类。 （1）整体式结构的 PLC 整 体 式 结 构 的 PLC 由 中 央 处 理 器 （ CPU） 、 存 储 器 、 I/O 单 元 、 电 源 电 路 和 通 信 端 口 等 组 成 ， 并 将 这 些 组 装 在 一 起 。
20、 （2）模块式结构的 PLC 模 块 式 结 构 的 PLC 是 将 中 央 处 理 器 （ CPU） 、 存 储 器 、 输 入 /输 出 单 元 、 电 源 电 路 和 通 信 端 口 等 分 别 做 成 相 应 的 模 块 ， 应 用 时 将 这 些 模 块 根 据 要 求 插 在 机 架 上 ， 各 模 块 间 通 过 机 架 上 的 总 线 想 到 联 系 。 可编程控制器的工作原理 PLC 的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继 电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。 而 PLC 则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或
21、断电，并且必须当程序 扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。也可以说继电器控制装置是根据输入和 逻辑控制结构就可以直接得到输出，而 PLC 控制则需要输入传送、执行程序指令、 输出 3 个阶段才能完成控制过程。 2.3 可 编 程 控 制 器 的 主 要 技 术 指 标 （1）存储器容量 存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器和数据存储 器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的长度。一般中小型 PLC 的存储器容量在 16KB 以下，大型的 PLC 可达到 2MB 左右。 （2）输入/输出点数 输入/输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于 PLC 的输入/输
22、出 端的个数。I/O 点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。 （3）扫描时间 扫描时间是指 CPU 内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次 所需的时间。PLC 用户手册一般给出执行指令所用的时间。 （4）指令种类和数量 指令的种类和数量决定了用户编制程序的方式和 PLC 的处理能力和控制能力。 （5）内部寄存的种类和数量 内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存 器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功 能。种类和数量越多，PLC 的功能就越强大。 （6）扩展能力 PLC 扩展能力是指 PLC 是否能具有 I/O 点数扩展
23、、功能扩展、联网等一些功 能。 （7）智能模块的种类和数量 智 能 模 块 是 指 能 完 成 模 拟 量 控 制 、 远 程 控 制 以 及 通 信 等 功 能 模 块 。 智 能 模 块 种 类 和 数 量 越 多 ， 说 明 PLC 功 能 越 强 大 。 第 3 章 全 自 动 洗 衣 机 的 基 本 结 构 3.1 全自动洗衣机的工作系统 3.1.1 洗涤与脱水系统 全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。波轮安装在洗涤 桶的正中，托盘连接着盛水桶。套桶式全自动洗衣机的脱水桶（甩干篮）既要保 证能离心脱水，又要能容纳洗涤的衣物，全自动洗衣机的洗涤桶其上部略大，下 部略小，
24、呈圆锥形。为了保证洗涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大 摩擦力，达到满意的洗涤效果，当衣物与洗涤桶接触时，桶壁就产生像搓板那样 的洗涤作用，而且能增强涡旋作用，提高洗涤率。 洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。脱水系统由 脱水桶、脱水定时器、安全开关、电动机、制动机构等组成。洗衣机具有盖的带 锁装置，该锁定装置，包括洗衣机盖板、洗衣机箱体，还包括控制开关，与控制 脱水的开关联动；电磁铁，与控制开关连接；洗衣机盖板翻口端内面在对应洗衣 机箱体内壁处设有凹缘，凹缘上设有锁孔，洗衣机箱体上端设有所述电磁铁，电 磁铁衔铁的伸缩口位于洗衣机箱体内壁，而且电磁铁通电后其衔铁伸出
25、端正好位 于盖好的洗衣机盖板凹缘的锁孔内。由于电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的 开关联动，使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出，而且正好锁住洗衣机盖板凹 缘的锁孔，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操 作安全。 3.1.2 进水与排水系统 全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。 设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢 出，有利于漂清。 全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有 低水位、中水位、高水 位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受 到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳
26、，与上触片闭合。此时主电机导通，进 水阀断开（原来中触片与下闭合） ，并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转 动，但曲率半径较小。通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力 P1，压 迫气膜。当桶内水量达到 30L 时，软管内的空气被压缩，产生空气压力 F1，当 F1P1 时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭。 全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主 要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。排水电磁铁主要用来控制 自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的 洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔
27、铁和短路铜环等组 成。 3.2 全自动洗衣机的工作原理 全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识，以下就其原理和构 造分析 (。洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤 剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶 片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心 处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近 形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中 心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在 波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉
28、搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其 次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在 着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷 力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰 到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无 规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了 洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。全自动洗衣机是通过水位开关与电 磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。电磁进 水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力
29、的作 用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不 通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中 心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流 通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差 的作用下上移，闭门开启，水流导通。 水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联 接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上 升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆运 动而使触点改变，从而实现自动通断。智能型模糊控制的全自动洗衣机
30、还可以自 动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳 的洗涤程序。其方法是：在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快 速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时，电机绕组产生反电动势， 对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉冲个数和脉冲宽度。 就能得到衣质衣量情况。衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶 的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水 的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。脱水时采用压电传感器。当 脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力 变化，自动
31、停止脱水运转。 第 4 章 全自动洗衣机的硬件设计 4.1 全自动洗衣机控制系统的设备要求 全 自 动 洗 衣 机 控 制 系 统 的 要 求 是 能 实 现 “正 常 运 行 ”和 “强 制 停 止 ”两 种 控 制 方 式 。 “正 常 运 行 ”方 式 具 体 控 制 要 求 如 下 ： 按下启动按钮，开始注入清水（水位选择高或低）水到位，按下 S1 或 S2 按钮停水加洗衣粉（3s）加温（加温选择高或低）水温到 （按下 T1 或 T2 按钮）洗涤 30s（电动机正反转）排水（10s）脱水 3s（电动机正转）进水水位到第一次漂洗 30s（电动机正反转） 排水（10 s）脱水 3s（电动机
32、正转）进水水位到加柔顺剂 3s第二次漂洗 30s（电动机正反转）排水（10s）脱水 6s（电动机 正转）结束 强 制 停 止 ： “强 制 停 止 ”方 式 具 体 控 制 要 求 如 下 ： 若 按 下 “停 止 ”按 扭 ， 洗 衣 过 程 停 止 。 可用 手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。 4.2 全 自 动 洗 衣 机 控 制 系 统 结 构 图 中中中中 中 中中 中中 中中 图 3-2 全 自 动 洗 衣 机 控 制 系 统 结 构 图 4.3 PLC 的 机 型 选 择 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力 争最佳的性能价格比。 1 合
33、理的结构型式 整体式 PLC 的每一个 IO 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小， 所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC 的功能扩 展灵活方便，IO 点数量、输入点数与输出点数的比例、IO 模块的种类等方 面，选择余地较大。维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模 块式 PLC 一般适用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合 (。 2 安装方式的选择 根据 PLC 的安装方式，系统分为集中式、远程 IO 式和多台 PLC 联网的分 布式。集中式不需要设置驱动远程 IO 硬件，系统反应快、成本低。大型系统 经常采用远程 IO 式，因为它们的装置分
34、布范围很广，远程 IO 可以分散安装 在 IO 装置附近，IO 连线比集中式的短，但需要增设驱动器和远程 IO 电源。 多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选 用小型 PLC，但必须要附加通信模块。 3 相当的功能要求 一般小型（低档）PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量 控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选 用能带 AD 和 DA 单元。具有加减算术运算。数据传送功能的增强型低档 PLC。 对于控制较复杂，要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控 制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC
35、。但是中、高档 PLC 价格较贵，一 般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 4 响应速度的要求 PLC 的扫描工作方式引起的延迟可达 23 个扫描周期 (。对于大多数应用 场合来说，PLC 的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。然而对于某些个别 场合，则要求考虑 PLC 的响应速度。为了减少 PLC 的 IO 响应的延迟时间，可 以选用扫描速度高的 PLC，或选用具有高速 IO 处理功能指令的 PLC，或选用具 有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。 5 系统可靠性的要求 对于一般系统 PLC 的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是 否采用冗余控制系统或热备
36、用系统。 4.4 全自动洗衣机控制系统的选型 S7-200PLC 是 德 国 西 门 子 公 司 生 产 的 一 种 超 小 型 PLC， S7-200 CPU22X 系 列 PLC（ 它 是 S7-21X 系 列 的 替 代 产 品 ）， S7 系 列 还 有 S7300 和 S7400 系 列 ， 它 们 完 全 可 以 替 代 西 门 子 早 期 的 S5-11X 系 列 的 PLC， S7 系 列 PLC 的 编 程 均 可 使 用 STEP7 编 程 语 言 。 S7-200 的 CPU 只 有 晶 体 管 和 继 电 器 输 出 两 种 类 型 ， 主 机 上 还 采 集 了 24
37、V 直 流 电 源 ， 9V 交 流 电 源 。 采 用 226 模 块 ， 它 控 制 着 整 个 系 统 按 照 控 制 要 求 有 条 不 紊 地 运 行 。 由 于CPU226 模 块 有 24 点 数 字 量 输 入 ， 有 16 点 数 字 量 输 出 ， 而 我 们 只 需 要 9 点 数 字 量 输 入 ， 14 点 数 字 量 输 出 ， 完 全 能 满 足 我 们 此 次 设 计 全 自 动 洗 衣 机 控 制 系 统 的 要 求 ， 所 以 不 再 需 要 另 外 的 电 源 模 块 、 数 字 量 输 入 和 输 出 模 块 。 4.5 硬 件 设 计 (1)地 址 分
38、 配 数 字 量 输 入 部 分 ： 分 配 如 表 3-1 所 示 表 3-1 输 入 地 址 分 配 符 号 输 入 地 址 功 能 SB1 I0.0 启 动 按 扭 SA1 I0.1 高 水 位 选 择 SA2 I0.2 低 水 位 选 择 S1 I0.3 高 水 位 到 位 S2 I0.4 低 水 位 到 位 SA3 I0.5 高 温 选 择 按 钮 SA4 I0.6 低 温 选 择 按 钮 T1 I0.7 高 温 到 度 按 钮 T2 I1.0 低 温 到 位 按 钮 数 字 量 输 出 部 分 ： 分 配 如 表 3-2 所 示 表 3-2 输 出 地 址 分 配 符 号 对 应
39、地 址 功 能 YA1 Q0.0 进 水 阀 HL1 Q0.1 高 水 位 选 择 指 示 灯 HL2 Q0.2 低 水 位 选 择 指 示 灯 YA2 Q0.3 加 洗 衣 粉 控 制 R Q0.4 加 温 控 制 HL3 Q0.5 高 温 选 择 指 示 灯 HL4 Q0.6 低 温 选 择 指 示 灯 HL5 Q0.7 洗 涤 指 示 灯 KM1 Q1.0 电 机 正 转 KM2 Q1.1 电 机 反 转 YA3 Q1.2 排 水 控 制 HL6 Q1.3 漂 洗 指 示 灯 YA4 Q1.4 脱 水 指 示 灯 YA5 Q1.5 加 柔 顺 剂 控 制 （2）接线图 3-3 接 线 图
40、 E EE 第 5 章 系 统 程 序 设 计 及 常 见 的 故 障 与 检 修 5.1 软 件 设 计 (1)编程软件 以西门子公司生产的 S7-200PLC 为模块，用户使用的每一个输入输出、内 部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。编程时，用户只需要记住软元件 的地址即可。每一软元件都有一个地址与之对应，软元件的地址编排采用区域号 加区域内编号的方式。即 PLC 内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如 输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊标志继电器区等，分别用 I、Q、T、C、SM 等表示。 STEP 7-Micro/WIN32 编程软件是西门子 S7-200 用户不
41、可缺少的开发工具。 具有简单，易学，高效，节省编程时间，能够解决复杂的自动化任务；它具有强 大的扩展功能，现在推出汉化程序后，可在全汉化的界面下进行操作，使中国的 用户使用起来更加方便。 STEP 7-Micro/WIN32 的基本功能是在 Windows 平台编制用户应用程序，它主 要完成下列任务： 在离线（脱机）方式下创建、编辑和修改用户程序。在离线方式下，计算机 不直接与 PLC 联系，可以实现对程序的编辑、编译、调试和系统组态，此时所有 的程序和参数都存储在计算机的存储器中。 在在线（联机）方式下通过联机通信的方式上装和下载用户程序及态数据， 编辑和修改用户程序，可以直接对 PLC 进
42、行各种操作。 在编辑程序过程中具有简单语法检查功能。利用此功能可提前避免一些语法 和数据类型方面的错误；它主要在梯形图错误处下方自动加红色曲线或在语句表 中错误行前加注红色叉，且错误处下方加红色曲线。 且有用户程序的文档管理和加密等一些工具功能。 此外，还有直接用编程软件设置 PLC 的工作方式、运行参数以及进行运行监 控和强制操作等。 软件功能的实现可以在联机工作方式（在线方式）下进行，部分功能的实现 也可以在离线工作方式下进行。在线与离线的主要区别是：联机方式下可直接针 对相连的 PLC 进行操作，如上装和下载用户程序和组态数据等。而离线方式下不 直接与 PLC 联系，所有程序和参数都暂时
43、存放在计算机磁盘上，等联机后再下载 到 PLC 中。 (2)程序： 图 3-5 梯 形 图 (3) 程 序 的 下 载 、 安 装 和 调 试 将 各 个 输 入 /输 出 端 子 和 实 际 控 制 系 统 中 的 按 扭 、 所 需 控 制 设 备 正 确 连 接 ， 完 成 硬 件 的 安 装 。 全 自 动 洗 衣 机 程 序 是 按 照 指 令 完 成 ， 正 常 工 作 时 程 序 存 放 在 存 储 卡 中 ， 若 要 修 改 程 序 ， 先 将 PLC 设 定 在 STOP 状 态 下 ， 运 行 编 程 软 件 ， 打 开 全 自 动 洗 衣 机 程 序 ， 即 可 在 线
44、调 试 ， 也 可 用 编 程 器 进 行 调 试 。 5.2 全 自 动 洗 衣 机 的 常 见 故 障 及 检 修 故障一：进水量未达到设定水位时就停止进水 分析与检修：此故障主要是水压开关性能不良，使集气室内空气压力尚 未达到规定压力时，其触点便提前由断开状态转换为闭合状态而停止进水，具体 原因和处理方法是： (1)水压开关水位控制弹簧预压缩量变小，只要旋入调节螺钉增加水位控制 弹簧的预压缩量即可解决。若是水位控制弹簧弹力变小或失去弹性，则要更换水 位控制弹簧； (2)水压开关凸轮上凹槽磨损或损坏，一般要更换凸轮才可解决。 故障二：进水量必须超过设定水位较多后才会停止进水 分析与检修：此
45、现象说明实际水位已达到规定高度时，水压开关集气室 内的空气压力仍达不到规定值，只有继续升高水位，水压开关才会动作。具体原 因和处理方法是： (1)水压开关集气室导气接嘴堵塞或漏气。只要清除导气接嘴处杂物；或在 漏气处用 401 胶封固即可。若是导气软管老化扭结或破裂漏气，则要更换导气软 管； (2)水压开关水位控制弹簧预压缩量过大。只要将调节螺钉旋出一些，减小 水位控制弹簧预压缩量即可； (3)水压开关内换向顶杆及传动部件变形或损坏。可通过修复校正来解决， 严重时则要更换水压开关。 故障三：程序进入洗涤状态时，电机转动正常，但波轮不转 分析与检修：该故障多发生在电机至波轮之间的机械传动部位上。
46、具体 原因和处理方法是： (1)电机皮带轮、离合器带轮和波轮的紧固螺钉松动，滑丝或断裂。只要重 新拧紧或更换紧固螺钉即可；若是波轮方孔滚圆，则要更换波轮； (2)三角皮带打滑或脱落。只要适当调大电机与离合器的距离并在三角皮带 上 擦些松香粉增大摩擦即可解决。若是三角皮带老化变形，则要更换三角皮带； (3)离合器减速机构零件磨损或损坏，一般要更换离合器总成才行。 故障四：洗涤时，脱水桶跟转 分析与检修：脱水桶跟转分两种情况，一是脱水桶顺时针方向跟转；二 是脱水桶逆时针方向跟转。 脱水桶顺时针方向跟转的具体原因和处理方法是： (1)制动带松脱，使制动带对脱水轴的制动力矩减小，只要重新安装好制动 带
47、即可； (2)制动带严重磨损或损坏。可通过旋转调节螺钉，将棘爪位置适当调节， 增大制动带对脱水轴的制动力矩，严重时要更换制动带。 脱水桶逆时针方向跟转的具体原因和处理方法是： (1)离合器扭簧脱落、断裂或扭簧与脱水轴配合过松而打滑，使扭簧丧失止 逆功能。只要重新装好扭簧或更换扭簧即可，严重时要更换减速器； (2)离合器制动带松脱、磨损或断裂。只要重新紧固或更换制动带即可； (3)离合器制动弹簧或拨叉弹簧太软或断裂。只要更换离合器制动弹簧或拨 叉弹簧即可解决。 故障五：洗涤时，电机正反向运转正常，而波轮只能单向反转，不能正转 分析与检修：此故障系离合器棘爪拨叉变形或调节螺钉旋入过深，使棘 爪工作
48、位置不能到位，导致洗涤轴与脱水轴在洗涤状态下未分离所致。 因离合器棘爪工作位置不到位时，方丝离合簧不能被拨松，使洗涤轴和 脱水轴都被离合簧抱紧，而脱水轴在洗涤状态下又被制动带抱紧。当离合器皮带 轮顺时针方向正转时，则不能带动波轮转动。当离合器皮带轮逆时针方向反转时， 既是离合器方丝离合簧旋松方向，使洗涤轴与脱水轴分离；又是离合器钮簧旋紧 方向，脱水轴仍被制动带抱紧，此时波轮可以反向转动。 先适当调整调节螺钉，使棘爪拨叉与制动杆间隙在正常范围内，若棘爪 拨叉变形损坏，可对棘爪拨叉进行修复校正，严重时要更换棘爪拨叉才能解决问 题。 故障六：脱水结束后，制动时间过长 分析与检修：该故障系制动带不能抱
49、紧脱水轴制动轮，使制动摩擦减小所 致。具体原因和处理方法是： (1)离合器上的制动带安装歪斜、内衬磨损或 紧固螺钉松脱。只要重新安装 或更换制动带即可； (2)制动弹簧松脱、断裂或失去弹性。只要重新装好或更换制动弹簧即可； (3)制动杆被棘爪叉顶住不能回位，使制动带不能将脱水轴制动轮抱紧。只要 对棘爪拨叉位置进行调整、修复或更换拨叉即可； (4)电磁铁动铁心被杂物阻塞不能完全伸出，使制动杆不能恢复到原位。只要 清除电磁铁动铁心上的锈蚀污物或修换电磁铁即可。 第 6 章 结论 通 过 该 系 统 的 设 计 ， 对 S7-200 系 列 的 特 点 有 了 更 深 的 理 解 ， 全 自 动 洗 衣 机 控 制 系 统 利 用 了 S7-200 系 列 PLC 的 特 点 ， 对 按 扭 、 电 磁 阀 、 开 关 等 其 他 一 些 输 入/输 出 点 进 行 控 制 ， 满足了对洗衣机运行的智能控制，实 现 了 洗 衣 机 洗 衣 过 程 的 自 动 化 。 通过此次设计，我掌握了关于可编程控制器的一些知识，如其定义、分类、 结构、工作原理和主要的技术指标。在全自动洗衣机的控制系统设计时，分析了 软硬件的要求，思考了控
